JP2007073428A

JP2007073428A - 燃料電池および燃料電池システム

Info

Publication number: JP2007073428A
Application number: JP2005261179A
Authority: JP
Inventors: Koji Matsuoka; 孝司松岡; Yoshihiro Ikoma; 吉弘生駒
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】
有機燃料を直接燃料電池に供給して発電を行う燃料電池において、クロスオーバーの影響を低減し、効率良く発電を行うことのできる燃料電池およびこれを含む燃料電池システムを提供する。
【解決手段】
電解質層１２と、電解質層１２の一方の面に配される第１の電極１４と、電解質層１２の他方の面に配される第２の電極２２と、を備える燃料電池において、第１の電極１４はペロブスカイト型複合酸化物を含む、あるいは、第１の電極１４は少なくとも銀を含む合金を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池および燃料電池システムに関し、具体的には、有機燃料を燃料電池に供給して発電を行う燃料電池およびこれを含む燃料電池システムに関する。

燃料電池は水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できる、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性をもっているので、２１世紀を担うエネルギ供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。

中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴が有り、特に近年、固体高分子形燃料電池の一形態として、ダイレクトメタノール燃料電池（ＤｉｒｅｃｔＭｅｔｈａｎｏｌＦｕｅｌＣｅｌｌ：ＤＭＦＣ）が注目を集めている。ＤＭＦＣは、燃料であるメタノールを改質することなく直接アノードへ供給し、メタノールと酸素との電気化学反応により電力を得るものであり、アノードとカソードとの間にカチオン交換膜を挟持したタイプのＤＭＦＣが一般的で、電気化学反応によりアノードからは二酸化炭素が、カソードからは生成水が、反応生成物として排出される。メタノールは水素に比べ、単位体積当たりのエネルギが高く、また、貯蔵に適しており、爆発などの危険性も低いため、自動車や携帯機器（携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラあるいは電子辞書（書籍））などの電源への利用が期待されている。
特開２００１−１８５１８５号公報松岡孝司，入山恭寿，安部武志，小久見善八，「新規なアルカリ形ダイレクトアルコール燃料電池の開発」，燃料電池，燃料電池開発情報センター（ＦＣＤＩＣ），Ｖｏｌ．４Ｎｏ．２（季刊２００４秋号），（２００４．１０．０１），ｐ．１７−２２

上記のように、ＤＭＦＣは、アノードとカソードとの間にカチオン（プロトン）が移動可能なカチオン交換膜を用い、次の式（１）で表されるアノード反応により発生したプロトンがカソードへ移動して酸化される（式（２））という電気化学反応を利用するものが一般的である。
アノード反応：ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^-…（１）
カソード反応：３／２Ｏ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^-→３Ｈ₂Ｏ…（２）
このようなＤＭＦＣの場合、プロトンの移動に伴って、メタノールがアノードからカソードへ膜を透過してしまう、所謂、クロスオーバーという現象が発生し、クロスオーバーしたメタノールがカソード上で酸化反応して、カソードの電位を低下させたり、カチオン交換膜を劣化させたりしてしまうという問題がある（特許文献１参照）。このような問題に対し、メタノールがカソードで酸化しないよう、メタノールに対して活性の低い銀触媒をカソードに用いる研究もなされている（非特許文献１参照）。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、メタノールなどの有機燃料を直接燃料電池に供給して発電を行う燃料電池において、クロスオーバーの影響を低減し、効率良く発電を行うことのできる燃料電池およびこれを含む燃料電池システムを提供することを目的とする。

本発明の燃料電池は、上記目的を達成するために、電解質層と、前記電解質層の一方の面に配される第１の電極と、前記電解質層の他方の面に配される第２の電極と、を備える燃料電池において、前記第１の電極はペロブスカイト型複合酸化物を含むことを特徴とする。ここで、ペロブスカイト型複合酸化物とは、ペロブスカイト型構造を有する複合酸化物をいう。まず、ペロブスカイト型構造とは、結晶構造の一種であり、立方晶系に属する図７のようなＲＭＸ₃の配位状態をとる。ペロブスカイト型酸化物は、このＸに酸素が入り、酸素とＭからなるＭＯ₆八面体の向きはＲとの相互作用により容易に歪み、より対称性の低い斜方晶や正方晶に相転移する。本発明のペロブスカイト型複合酸化物とは、このＲ、Ｍの部分に３種類以上の遷移金属を含むものをいい、ＬａＡＢＯ_3-y（Ａ：少なくとも一種のアルカリ土類金属、Ｂ：Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｖ、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ｒｕ、Ｒｈ、ＣｒおよびＺｒからなる群から選択される少なくとも一種の金属、−１≦ｙ≦１）またはＬａ_xＳｒ_1-xＣｏＯ_3-y（０≦ｘ≦１、−１≦ｙ≦１）に代表されるものをさすものとする。

また、本発明の燃料電池は、電解質層と、前記電解質層の一方の面に配される第１の電極と、前記電解質層の他方の面に配される第２の電極と、を備える燃料電池において、前記第１の電極は少なくとも銀を含む合金を含むことを特徴とする。ここで、合金とは一般的に、２種類以上の金属を混合したもの、あるいは炭素、ケイ素などの非金属元素を含むものをいい、合金の組織には、固溶体、共晶（共有混合物）、化合物（金属間化合物）あるいはそれらが共存するものがある。

本発明により、クロスオーバーによるカソード電位の低下を低減し、効率良く発電を行うことができる。また、クロスオーバーの影響を低減できるので、高濃度の燃料を供給することも可能となる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の燃料電池において、前記電解質層の一方の面はｐＨが７以上であることを特徴とし、請求項４記載の発明は、請求項３記載の燃料電池において、前記電解質層の一方の面は陰イオン交換能力を有することを特徴とする。ここで、ｐＨは水素イオン指数を意味し、電解質層の一方の面がｐＨ７以上であるということは、この面が中性またはアルカリ性を示すことを意味する。これにより、ペロブスカイト型複合酸化物または銀を含む合金を電極に用いても、本発明の燃料電池は安定的に発電を行うことができる。

また、本発明の燃料電池システムは、請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池と、前記第１の電極に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、前記第２の電極に燃料を供給する燃料供給手段と、を備える燃料電池システムにおいて、前記燃料は有機燃料であることを特徴とする。ペロブスカイト型複合酸化物または銀を含む合金は、有機燃料すなわち炭素化合物であって燃料電池の燃料として利用可能な物質に対して、活性が極めて低いため、燃料電池のカソード触媒として用いても、クロスオーバーによるカソード電位の低下を低減し、効率良く発電を行うことができる。従って、クロスオーバーの影響を低減できるので、高濃度の燃料を供給することも可能となる。そして、請求項６記載の発明は、請求項５記載の燃料電池システムにおいて、前記有機燃料は液体であることを特徴とする。

本発明によれば、有機燃料を直接燃料電池に供給して発電を行う燃料電池において、効率良く発電を行うことのできる。

本発明の燃料電池において、拡散層は、カーボンペーパ、カーボンの織布あるいは不織布を基材として、基材にカーボンブラックを主とする粘性の有るカーボンペーストを塗布して作製する。図１に示すように、拡散層は生産性を考慮して、両拡散層２０、２８の基材１８、２６に共通のカーボンペーパを用い、基材１８、２６に塗布する拡散層ペースト（充填層）１６、２４をカソード側とアノード側とで異なるものを用いる。即ち、基材１８に拡散層ペーストを塗布・乾燥・熱処理して作製されたカソード側充填層１６は、アノード側より撥水性を低く（フッ素樹脂量を少なく）する。一方、基材２６に拡散層ペーストを塗布・乾燥・熱処理して作製されたアノード側充填層２４は、撥水性を高く（フッ素樹脂量を多く）する。

しかし、一般的なフッ素樹脂（以下、高分子フッ素樹脂）は結着性を有するため、拡散層ペースト中に多くの高分子フッ素樹脂を投入すると、混合作業や塗布作業により、粘性が高くなり、団子状になる。そのため、塗布工程が非常に困難となる。そこで、高分子フッ素樹脂よりも平均分子量が小さく、結着性が非常に低い性質を有する低分子フッ素樹脂を用い、低分子フッ素樹脂に撥水性を、高分子フッ素樹脂に結着性を担わせることにより、それぞれの拡散層ペーストが、バランスよく撥水性と結着性とを持つようにする。

具体的には、拡散層の基材となるカーボンペーパ（東レ社製：ＴＧＰＨ０６０Ｈ）は、重量比でカーボンペーパ：ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）=９５：５（カソード用）、６０：４０（アノード用）となるように、ＦＥＰ分散液に浸漬した後、６０℃１時間の乾燥後、３８０℃１５分間の熱処理（ＦＥＰ撥水処理）を行う。これにより、カーボンペーパはほぼ均一に撥水処理される。

次に、カーボンブラック（ＣＡＢＯＴ社製：ＶｕｌｃａｎＸＣ７２Ｒ）と溶媒としてテルピネオール（キシダ化学社製）と非イオン性界面活性剤のトリトン（キシダ化学社製）とを、重量比がカーボンブラック：テルピネオール：トリトン＝２０：１５０：３となるように、万能混合機（ＤＡＬＴＯＮ社製）にて常温で６０分間、均一になるように混合し、カーボンペーストを作製する。

低分子フッ素樹脂（ダイキン社製：ルブロンＬＤＷ４０Ｅ）と高分子フッ素樹脂（デュポン社製：ＰＴＦＥ３０Ｊ）とを、分散液中に含まれるフッ素樹脂の重量比が低分子フッ素樹脂：高分子フッ素樹脂＝２０：３となるように混合し、カソード用混合フッ素樹脂を作製する。ハイブリッドミキサ用容器に上記カーボンペーストを投入し、カーボンペーストが１０〜１２℃になるまで冷却する。冷却したカーボンペーストに上記カソード用混合フッ素樹脂を、重量比がカーボンペースト：カソード用混合フッ素樹脂（分散液中に含まれるフッ素樹脂成分）＝３１：１となるように投入し、ハイブリッドミキサ（キーエンス社製：ＥＣ５００）の混合モードにて１２〜１８分間混合する。混合停止のタイミングはペーストの温度が５０〜５５℃となるまでとし、混合時間を適宜調整する。ペーストの温度が５０〜５５℃に達した後、ハイブリッドミキサを混合モードから脱泡モードへ切換え、１〜３分間脱泡を行う。脱泡を終えたペーストを自然冷却してカソード用拡散層ペーストを完成させる。

ハイブリッドミキサ用容器に上記カーボンペーストと上記低分子フッ素樹脂とを、重量比がカーボンペースト：低分子フッ素樹脂（以下、アノード用フッ素樹脂とする）（分散液中に含まれるフッ素樹脂成分）＝２６：３となるように投入し、ハイブリッドミキサの混合モードにて１５分間混合する。混合した後、ハイブリッドミキサを混合モードから脱泡モードへ切換え、４分間脱泡を行う。脱泡を終えたペーストの上部に上澄み液が溜まった場合はこの上澄み液を廃棄し、ペーストを自然冷却してアノード用拡散層ペーストを完成させる。

常温まで冷却した各拡散層ペーストを、ＦＥＰ撥水処理を施した上記カーボンペーパの表面に、カーボンペーパ面内の塗布状態が均一になるように塗布し、熱風乾燥機（サーマル社製）にて６０℃６０分間乾燥する。最後に、３６０℃２時間熱処理を行い、拡散層を完成させる。

本実施例では図２に示すように、電解質層１１２としてのアニオン交換膜には、１ＭＫＯＨ水溶液を用いてヒドロキソ化処理を行った四級アンモニウム系のアニオン交換膜を使用する。

カソード１１４は、ペロブスカイト構造を持つ複合金属酸化物としてＬａＣｏＯ₃／Ｃ（カーボン担体：Ｃａｂｏｔ社製ＶＵＬＣＡＮＸＣ７２）を用い、アニオン交換性溶液（ポリ−４−ビニルピリジン（アルドリッチ製）を臭化プロピル（アルドリッチ製）によって四級化させたアニオン交換膜をＫＯＨ水溶液中でイオン交換し、その後メタノールによって溶解させた電解質溶液とＬａＣｏＯ₃／Ｃとを電解質溶液：ＬａＣｏＯ₃／Ｃ＝８：３の割合となるように混合してカソードスラリーを作製する。

一方、アノード１２２は、ＰｔＲｕ／Ｃ（カーボン担体：Ｃａｂｏｔ社製ＶＵＬＣＡＮＸＣ７２）を用い、アニオン交換性溶液（ポリ−４−ビニルピリジン（アルドリッチ製）を臭化プロピル（アルドリッチ製）によって四級化させたアニオン交換膜をＫＯＨ水溶液中でイオン交換し、その後メタノールによって溶解させた電解質溶液とＰｔＲｕ／Ｃとを電解質溶液：ＰｔＲｕ／Ｃ＝２：１の割合となるように混合してアノードスラリーを作製する。

この両スラリーをアニオン交換膜１１２にスプレー法によってそれぞれ塗布し、カソード１１４とアノード１２２とを形成する。アニオン交換膜１１２の、カソードスラリーを塗布した一方の面にはカソード用拡散層ペーストを塗布した拡散層１２０を、充填層１１６がカソード１１４と接触するように配し、アノードスラリーを塗布した他方の面にはアノード用拡散ペーストを塗布した拡散層１２８を、充填層１２４がアノード１２２と接触するように配する。そして、これらを圧着させることにより燃料電池１１０を作製する。

本実施例では図３に示すように、電解質層２１２としてのアニオン交換膜には、１ＭＫＯＨ水溶液を用いてヒドロキソ化処理を行った四級アンモニウム系のアニオン交換膜を使用する。

カソード２１４は、ＡｇＣｏ／Ｃ（カーボン担体：Ｃａｂｏｔ社製ＶＵＬＣＡＮＸＣ７２）を用い、アニオン交換性溶液（ポリ−４−ビニルピリジン（アルドリッチ製）を臭化プロピル（アルドリッチ製）によって四級化させたアニオン交換膜をＫＯＨ水溶液中でイオン交換し、その後メタノールによって溶解させた電解質溶液とＡｇＣｏ／Ｃとを電解質溶液：ＡｇＣｏ／Ｃ＝８：３の割合となるように混合してカソードスラリーを作製する。

一方、アノード２２２は、ＰｔＲｕ／Ｃ（カーボン担体：Ｃａｂｏｔ社製ＶＵＬＣＡＮＸＣ７２）を用い、アニオン交換性溶液（ポリ−４−ビニルピリジン（アルドリッチ製）を臭化プロピル（アルドリッチ製）によって四級化させたアニオン交換膜をＫＯＨ水溶液中でイオン交換し、その後メタノールによって溶解させた電解質溶液とＰｔＲｕ／Ｃとを電解質溶液：ＰｔＲｕ／Ｃ＝２：１の割合となるように混合してアノードスラリーを作製する。

この両スラリーをアニオン交換膜２１２にスプレー法によってそれぞれ塗布し、カソード２１４とアノード２２２とを形成する。アニオン交換膜２１２の、カソードスラリーを塗布した一方の面にはカソード用拡散層ペーストを塗布した拡散層２２０を、充填層２１６がカソード２１４と接触するように配し、アノードスラリーを塗布した他方の面にはアノード用拡散ペーストを塗布した拡散層２２８を、充填層２２４がアノード２２２と接触するように配する。そして、これらを圧着させることにより燃料電池２１０を作製する。

本実施例では図４に示すように、電解質層３１２として、１ＭＫＯＨ水溶液を用いてヒドロキソ化処理を行った四級アンモニウム系のアニオン交換膜３１２ａとカチオン交換膜（Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）１１２）３１２ｂとを接合した複合膜３１２を使用する。接合するときには、水、１ＭＫＯＨ水溶液または２０％Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）溶液により、接合する面を湿潤させて圧着すると、２種類の交換膜３１２ａ、３１２ｂが密着し、複合膜のイオン導電性が向上する。

カソード３１４は、ペロブスカイト構造を持つ複合金属酸化物としてＬａＣｏＯ₃／Ｃ（カーボン担体：Ｃａｂｏｔ社製ＶＵＬＣＡＮＸＣ７２）を用い、アニオン交換性溶液（ポリ−４−ビニルピリジン（アルドリッチ製）を臭化プロピル（アルドリッチ製）によって四級化させたアニオン交換膜をＫＯＨ水溶液中でイオン交換し、その後メタノールによって溶解させた電解質溶液とＬａＣｏＯ₃／Ｃとを電解質溶液：ＬａＣｏＯ₃／Ｃ＝８：３の割合となるように混合してカソードスラリーを作製する。

一方、アノード３２２は、ＰｔＲｕ／Ｃ（カーボン担体：Ｃａｂｏｔ社製ＶＵＬＣＡＮＸＣ７２）を用い、アニオン交換性溶液（ポリ−４−ビニルピリジン（アルドリッチ製）を臭化プロピル（アルドリッチ製）によって四級化させたアニオン交換膜をＫＯＨ水溶液中でイオン交換し、その後メタノールによって溶解させた電解質溶液とＰｔＲｕ／Ｃとを電解質溶液：ＰｔＲｕ／Ｃ＝２：１の割合となるように混合してアノードスラリーを作製する。

この両スラリーを複合膜３１２にスプレー法によってそれぞれ塗布し、カソード３１４とアノード３２２とを形成する。複合膜３１２の、カソードスラリーを塗布した一方の面にはカソード用拡散層ペーストを塗布した拡散層３２０を、充填層３１６がカソード３１４と接触するように配し、アノードスラリーを塗布した他方の面にはアノード用拡散ペーストを塗布した拡散層３２８を、充填層３２４がアノード３２２と接触するように配する。そして、これらを圧着させることにより燃料電池３１０を作製する。

次に、本発明の燃料電池システム１００の基本構成について、図を用いて説明する。

図５は本発明の燃料電池システム１００の外観を模式的に表した斜視図、図６は燃料電池システム１００内部の構造を模式的に表した図５におけるＡ−Ａ’断面の断面図である。本実施の形態において、燃料電池システム１００は、アノード２２にメタノールが供給されるＤＭＦＣシステムである。燃料電池１０は、電解質層１２がカソード１４とアノード２２とに挟持され形成され、本実施の形態では、１枚の電解質層１２に複数個のカソード（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、…）１４とこれらのカソードと対向するように複数個のアノード（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、…）２２とが配されており、図示しない配線などによって、例えばカソード１４ａとアノード２２ｂとを接続することにより、各燃料電池１０は直列に接続されている。図５では省略するが、酸化剤や燃料などの反応流体の拡散性を向上させるため、各カソード１４および各アノード２２に充填層１６、２４を含む拡散層２０、２８を配しても良い。

アノード２２へ供給されるメタノールは、燃料電池システム１００の外部より、メタノール燃料供給孔３０を通って燃料室３２へ供給される。各燃料室３２は連通しており、各燃料室３２に貯蔵されるメタノールから各アノード２２へ供給される。アノード２２では、式（３）に示すようなメタノールの反応が起こる。

式（１）からも明らかなように、この反応により、アノード２２からは二酸化炭素が発生する。そこで、燃料室３２と、燃料電池システム１００のアノード側の筐体３６ａに設けられたアノード側生成物排出孔３８との間には、気液分離フィルタ４０を配置する。この気液分離フィルタ４０は、気体成分を選択的に透過し、液体成分は透過させない微細な孔を有する平面状のフィルタであり、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（Ｅ／ＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（Ｅ／ＣＴＦＥ）、パーフロロ環状重合体、あるいは、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）などのフッ素系合成樹脂は、耐メタノール（アルコール）性を有するので、この気液分離フィルタ４０の材料として適している。また、カソード１４へはカソード側生成物排出孔４２を通って空気が供給され、式（４）に示すような反応が起こり、電力が取り出される。

筐体３６は、軽量で剛性を有し、かつ、耐食性を有する材料が適しており、具体的には、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂、シリコン樹脂、セルロース、ナイロン、ポリアミドイミド、ポリアリルアミド、ポリアリルエーテルケトン、ポリイミド、ポリウレタン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリエチレングリコール、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリオキシメチレン、ポリカーボネート、ポリグリコール酸、ポリジメチルシロキサン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフタルアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ四フッ化エチレン、硬質ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂、あるいは、アルミニウム合金、チタン合金、ステンレス鋼などの金属が適している。また、強化ガラスやスケルトン樹脂でも良い。そして、気液分離フィルタ４０と同様に、筐体３６もメタノールと接触する部分を有するので、特に、メタノールと接触する部分では、上記合成樹脂あるいは金属にフッ素系合成樹脂を重ね合わせた複合材料を用いると良い。さらに、４４は、燃料室３２を形成すると共に、燃料電池１０を締め付ける支持部材４４であり、支持部材４４もまた筐体３６のメタノールと接触する部分と同じ材料を用いると良い。

アノード２２からカソード１４へメタノールが流入することを防ぐため、複数の燃料電池１０を取り囲むように、Ｏリング４６（カソード側Ｏリング４６ｃ、アノード側Ｏリング４６ａ）が配されている。本実施の形態では、カソード側の筐体３６ｃと支持部材４４とによって押圧され、メタノールがアノード２２からカソード１４へ流入することを防止すると共に、アノード２２へ酸素が流入することも防止している。このＯリング４６は柔軟性と耐食性を有するものが望ましく、天然ゴム、二トリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコンゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、フッ素ゴムなどが材料に適している。

以上のような構成の燃料電システム１００の燃料電池１０として、実施例１〜３に挙げた燃料電池１１０、２１０、３１０を用いることにより、クロスオーバーの影響を低減し、効率良く発電を行うことのできる燃料電池システム１００を提供することができる。

本実施の形態では、アノードに液体のメタノールを供給するＤＭＦＣシステムを用いて説明したが、燃料はこれに限定されず、エタノール、２−プロパノール、エチレングリコール、グリセリンの３〜１００ｗｔ．％水溶液でもよく、クロスオーバーの問題は液体燃料固有の問題ではないので、本発明は、これらの気体状の燃料でも適用可能である。

また、カソードの触媒としてＬａＣｏＯ₃／Ｃを例示したが、ＬａＡＢＯ_3-y（−１≦ｙ≦１）あるいはＬａ_xＳｒ_1-xＣｏＯ_3-y（０≦ｘ≦１、−１≦ｙ≦１）に代表されるペロブスカイト型複合金属酸化物もしくはペロブスカイト型複合酸化物を炭素等の材料に担持した触媒であれば用いることができる。ここで、ＬａＡＢＯ_3-yのＡは少なくとも一種のアルカリ土類金属を表し、ＢはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｖ、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ｒｕ、Ｒｈ、ＣｒおよびＺｒからなる群から選択される少なくとも一種の金属を表している。そして、実施例２では、ＡｇＣｏを例示したが、Ａｇを含む合金であれば良く、ＡｇＣｏ以外であれば、ＡｇＣｒ、ＡｇＦｅ、ＡｇＰｄなどの銀合金もしくは銀合金を炭素等の材料に担持した触媒を用いることができる。

そして、アノードの触媒としてＰｔＲｕ／Ｃを例示したが、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｕからなる群より選ばれた少なくとも１種以上を含む金属および合金、金属混合体、もしくは、これらを炭素等の材料に担持した触媒であれば用いることができ、ペロブスカイト型複合金属酸化物もしくはペロブスカイト型複合酸化物を炭素等の材料に担持した触媒は、アノードの触媒としても用いることができる。さらに、アノードに接触する電解質層が実施例１および２のようなアニオン交換膜や中性のイオン交換膜であれば、銀、銀合金もしくは銀合金を炭素等の材料に担持した触媒も用いることができる。

本発明に係る燃料電池の構成を示す構成模式図である。本発明の実施例１に係る燃料電池の構成を示す構成模式図である。本発明の実施例２に係る燃料電池の構成を示す構成模式図である。本発明の実施例３に係る燃料電池の構成を示す構成模式図である。本発明に係る燃料電池システムの外観を示す斜視模式図である。本発明に係る燃料電池システム内部の構造を示す断面模式図である。ペロブスカイト型構造を説明する模式図である。

符号の説明

１０、１１０、２１０、３１０燃料電池
１２、１１２、２１２、３１２電解質層
１４、１１４、２１４、３１４カソード
１６、１１６、２１６、３１６カソード側充填層（カソード側拡散層ペースト）
１８、１１８、２１８、３１８カソード側基材
２０、１２０、２２０、３２０カソード側拡散層
２２、１２２、２２２、３２２アノード
２４、１２４、２２４、３２４アノード側充填層（アノード側拡散層ペースト）
２６、１２６、２２６、３２６アノード側基材
２８、１２８、２２８、３２８アノード側拡散層
３０メタノール燃料供給孔
３２燃料室
３６筐体
３８アノード側生成物排出孔（アノード生成物排出部）
４０気液分離フィルタ
４２カソード側生成物排出孔（カソード生成物排出部）
４４支持部材
４６Ｏリング
１００燃料電池システム

Claims

電解質層と、前記電解質層の一方の面に配される第１の電極と、前記電解質層の他方の面に配される第２の電極と、を備える燃料電池において、
前記第１の電極はペロブスカイト型複合酸化物を含むことを特徴とする燃料電池。
電解質層と、前記電解質層の一方の面に配される第１の電極と、前記電解質層の他方の面に配される第２の電極と、を備える燃料電池において、
前記第１の電極は少なくとも銀を含む合金を含むことを特徴とする燃料電池。
請求項１または２記載の燃料電池において、
前記電解質層の一方の面はｐＨが７以上であることを特徴とする燃料電池。
請求項３記載の燃料電池において、
前記電解質層の一方の面は陰イオン交換能力を有することを特徴とする燃料電池。
請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池と、前記第１の電極に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、前記第２の電極に燃料を供給する燃料供給手段と、を備える燃料電池システムにおいて、
前記燃料は有機燃料であることを特徴とする燃料電池システム。
請求項５記載の燃料電池システムにおいて、
前記有機燃料は液体であることを特徴とする燃料電池システム。